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光纤环腔的开关特性和双稳特性

陈金龙  
【摘要】: 随着高速、大容量光纤通信系统的迅猛发展,人们开始广泛研究光开关。较早研发的电控光开关目前已有商用产品,但是这类开关的开关时间一般都比较慢,不能满足未来全光网络的要求。光控光开关,即全光开关,因为有着稳定、高速、大容量、无需光电转换等许多优点,越来越受到科学家的重视。作为全关开关的基础性器件——光纤耦合器也必将受到人们的重视。 本文详细分析了光纤型双耦合器环腔全光开关的原理,在环腔中加入了掺铒光纤放大器后,大幅减少了环腔的开关功率,增加了开关功能的彻底性,但开关时间也增加了。控制掺铒光纤放大器的增益、耦合器的反射率等参数,可以适当地增加开关功率,来换取开关时间的减小,最终得出开关的功率在毫瓦的数量级上时,开关时间可以控制在几十到几百纳秒范围。研究了带有掺铒光纤的单、双耦合器环腔的双稳特性。我们发现在一定条件下,输出光会有比较明显的双稳现象。总结了光纤环腔的双稳性随耦合器反射率、单程线性相移等参数改变而产生的规律。双耦合器环腔反射端和透射端的双稳曲线的类型是不一样的,分别对应法布里—珀罗腔反射双稳和透射双稳曲线,它们是互补的一对曲线。 综合考虑开关阈值功率的间隔、开关阈值功率的大小、稳定性、开关转换时间等因素,选取适当的参数,设计了一个掺铒光纤环腔双稳开关。理论模拟出开关阈值功率大约在0.02W和0.03W,开关阈值功率的间隔大约为0.01W,开关转换时间大约为7.5ns,另外这种开关的稳定性很好。


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